CIERRE DE GRIFERÍAS CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente solicitud se relacionada con un dispositivo para apertura/cierre de griferías, lavaplatos, orinales o sanitarios, activados con o sin contacto por parte del usuario, el cual se caracteriza por incluir una tarjeta electrónica que comprende tres láminas capacitivas separadas entre sí separadas entre sí mediante un espacio vacío o un material aislante, dichas láminas incluyen dos láminas superiores capacitivas coplanares, una de mayor área que rodea una segunda lámina de menor área, y una lámina inferior y paralela a las láminas coplanares, separada de ellas mediante un material aislante.

Este dispositivo permite que el sistema tenga mejor sensibilidad y mayor velocidad de respuesta durante la interacción con el usuario, produciendo una mejor experiencia, al tiempo que se evita el desperdicio de agua y se reduce el consumo energético.

ESTADO DE LA TÉCNICA

En ambientes de baño y cocina, donde se requiere un alto grado de asepsia, se ha vuelto muy común el uso de griferías sin contacto. Sin embargo, este tipo de griferías normalmente no funcionan bien, pues presentan demoras en la apertura liberación del agua, periodos muy cortos de liberación de agua, los cuales impiden que el usuario finalice su proceso de limpieza, en otros casos se asocian con fallas en el cierre del agua, por lo cual se pierde líquido, e incluso, estas griferías son objeto de vandalismo, pues los sensores y dispositivos que controlan la apertura y cierre son de fácil acceso. i A pesar del potencial de estos sensores en el desarrollo de las griferías, se han detectado una serie de inconvenientes que aún dificultan su correcto funcionamiento. Tal es el caso de los sensores infrarrojos que tienen un alto consumo energético, se ven afectados por el entorno, por ejemplo, por superficies brillantes, espejos, etc, y presentan un funcionamiento errático, o de la tecnología capacitiva existente en el estado de la técnica, la cual se altera en los contextos de uso propios de este campo, generando mal funcionamiento, por ejemplo, al acercar un recipiente con agua o cuando hay derrames de agua cerca de la grifería.

Entre las patentes que han integrado este tecnología al desarrollo de griferías se encuentra la patente US 5.730.165, que se refiere a un sensor capacitivo, el cual emplea una placa de acople simple para detectar un cambio en capacitancia en tierra. Así, el aparato comprende un circuito para cargar un electrodo de sensado y un elemento interruptor que actúa para remover la carga del electrodo de sensado y para transferirla a un circuito de detección de carga. Este sensor puede detectar la presencia de un usuario próximo a una grifería controlada, sin someterse a artefactos de medición. Para este sensor, una duración corta de pulso de carga o descarga puede ser usada cuando la válvula controlada se cierra, y una duración más larga, la cual permite la conducción a través del agua, puede ser usada cuando la válvula se abre. La medición de duración larga puede detectar la presencia continua del usuario siempre y cuando la mano del usuario permanezca en el flujo de agua.

Aunque este documento hace uso de un sensor capacitivo para detectar la presencia de un usuario (por ejemplo, su mano) en un espacio de lavado y el sensor se une a la grifería. Esta grifería presenta problemas de sensibilidad, que lleva a que el paso de agua se active por la presencia de utensilios de cocina en la poceta del lavaplatos o continúe corriendo a pesar que el usuario ya se haya retirado o quiera que el agua deje de salir para poder jabonar. Adicionalmente, en procura de facilitar la detección del usuario el sensor ha sido ubicado en la parte externa, lo que hace que esté expuesto, haciéndolo susceptible a daños y reduciendo su vida útil. Adicionalmente, el sensor definido en este documento no puede ser usado en las dos formas de la presente invención, es decir, sin toque o con toque de la grifería, lo que dificulta su uso en griferías usadas en lavaplatos, donde se requiere que aún en presencia del usuario, el paso del agua sea detenido mientras se realizan las actividades de jabonar los utensilios.

Esta situación se repite con la solicitud US 6.962.168, que divulga una grifería automática controlada con toque, la cual comprende: un terminal de salida de agua, una válvula magnética, un sensor de proximidad, una manija, un control capacitivo de toque, y un módulo de control lógico, en donde el sensor de proximidad es sensible al movimiento de objetos dentro de una zona de detección del mismo. Así mismo, el control capacitivo de toque se ubica en la terminal de salida de agua y genera una señal de salida, mientras que el control de toque está en contacto con un usuario. El módulo de control lógico recibe la señal de salida y acciona la válvula magnética cuando la señal de salida inicia y termina en un periodo de tiempo menor a un umbral predeterminado.

La grifería cuenta entonces con un modo manual, en donde el sensor de proximidad está inactivo, y un modo manos libres, en donde el flujo de agua se acciona en respuesta al sensor de proximidad. Así, el sensor de toque se ubica directamente en la grifería y permite que el usuario active o desactive el flujo de agua por medio de un simple toque del mismo, mientras que el sensor de proximidad se ubica en la manija de la grifería también puede ser usado para control con toque o puede ser usado en modo manos libres, es decir, sin requerir de toque. Sin embargo, es evidente que esta grifería requiere de al menos dos sensores para poder tener una opción de activación por toque o una opción de activación por proximidad (sin toque), donde estos dos sensores son controlados por una unidad de control (tal como un microcontrolador o similares).

Otro documento detectado en el estado de la técnica y que se refiere a griferías manos libres, es la patente US RE42005, que incluye una placa de sensado, un circuito de sensor a base de capacitancia, un alojamiento no conductor de válvula, un anillo de asiento no conductor, y un conector conductor, en donde el circuito sensor a base de capacitancia está conectado eléctricamente a dicha placa de sensado. En una modalidad, la placa de sensado puede estar a la salida de agua directamente, o incluso puede ser un elemento separado, ubicado adyacente o lejos de la salida de agua. En esta solicitud se establece que el sensor incluye una lámina capacitiva, la cual puede corresponder o ubicarse en la salida de agua o lejos (tal como adyacente o en otra ubicación) y conectada a la misma por medio de un cable. Sin embargo, estos sensores tienen las mismas deficiencias de sensibilidad que los sensores mencionados anteriormente y no permite que la grifería se pueda activar por contacto o sin contacto.

Por su parte, la patente US 9.328.490 se refiere un sensor capacitivo para una grifería o elemento de baño, donde el sistema de lavado comprende un receptáculo que define un área de lavado de manos, una grifería configurada para entregar agua al receptáculo, y un sistema de sensado de capacitancia configurado para detectar la presencia de un usuario y accionar la grifería, en donde el sistema de sensado comprende un primer electrodo de sensado acoplado al receptáculo y configurado para medir un primer valor capacitivo, un segundo electrodo de sensado acoplado al receptáculo aparte del primer electrodo de sensado y configurado para medir un segundo valor capacitivo, y un circuito configurado para controlar la operación de la grifería en respuesta a un cambio del primer valor de capacitancia con relación al segundo valor de capacitancia. En esta grifería, que emplea un sistema de sensado por capacitancia para detectar la presencia de un usuario (sus manos) en un área de lavado de manos en un receptáculo debajo de una grifería, la detección se realizar mediante dos sensores, uno en la grifería y otro en el receptáculo para poder establecer dos valores de capacitancia y así, determinar si hay un elemento entre la grifería y el receptáculo y con base en ello, activar el flujo de agua. Esta grifería tiene un limitado campo de acción, ya que requiere de dos sensores y el uso de receptáculos específicos que contengan un sensor, al tiempo que aumenta los costos de operación e instalación.

Así mismo, se ubicó la solicitud de patente US 20170306596, que se relaciona con una grifería que incluye sensores capacitivos para control de flujo de fluido en modo manos libres, en donde la grifería comprende una salida de agua, un pasaje que conduce el flujo de agua a través de la salida, y una válvula que se opera eléctricamente dispuesta dentro del pasaje, en donde un primer sensor capacitivo tiene un primer campo de detección que genera una primera señal de salida, y un segundo sensor capacitivo tiene un segundo campo de detección que genera una segunda señal de salida al detectar las manos de usuario. Un controlador se acopla al primer y segundo sensores capacitivos y a la válvula. Así, el controlador es programado para accionar la válvula en respuesta a la detección de las manos del usuario en el primer campo de detección y no en el segundo campo de detección por un periodo de tiempo predeterminado.

Aunque esta grifería se basa en el uso de sensores capacitivos para la detección de las manos del usuario, requiere específicamente dos sensores capacitivos que crean dos campos de sensado diferentes, los cuales se traslapan para poder hacer la detección adecuada de las manos del usuario y el cierre del paso del agua está dado por un tiempo determinado, no por la presencia o ausencia de usuario.

A la luz de los inconvenientes existentes en el estado de la técnica es evidente que los métodos tradicionales de detección de presencia son poco confiables, presentan problemas asociados a la generación de descargas fantasmas y se ven afectados por las condiciones del entorno, ya que requieren línea de vista y presentan problemas cuando tienen cerca superficies reflectivas, pues se activan cuando el flujo de agua no es esperado. Además, su sensibilidad al entorno es tan alta, que dependiendo del color de la ropa del usuario pueden presentar un errado funcionamiento.

En consecuencia, se hace necesario contar con un dispositivo basado en tecnología capacitiva que permita la apertura/cierre de griferías para lavaplatos o para lavamanos, que pueda ser activado con o sin contacto por parte del usuario, y que genere y administre el campo eléctrico para que el sistema tenga mejor sensibilidad y mayor velocidad de respuesta durante la interacción con el usuario, produciendo una mejor experiencia al tiempo que garantiza el ahorro de agua, reduce el riesgo de descarga eléctrica hacia el usuario, minimiza el consumo energético del sensado capacitivo, aumenta la autonomía y permite el uso de baterías por prolongado tiempo, con la ventaja de poder ser colocado en un sitio oculto en la grifería, lo que disminuye el riego de vandalismo, y con la posibilidad de ser empleado cuando el cuerpo de la grifería es metálico, sin que ello afecte negativamente su comportamiento. DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

FIGURA 1. Muestra el dispositivo de la presente invención, que comprende la tarjeta con dos láminas capacitivas, incluido en una grifería FIGURA 2. Muestra una perspectiva de la tarjeta de la presente invención con tres láminas capacitivas.

FIGURA 3. Muestra un corte longitudinal A-A de la Figura 2, en donde la tarjeta de la presente invención comprende tres láminas capacitivas. FIGURA 4A. Muestra una modalidad de la grifería de contacto (touch) con el dispositivo de la presente invención.

FIGURA 4B. Muestra una modalidad de la grifería sin contacto (touchless) con el dispositivo de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El presente solicitud se refiere a un dispositivo para apertura/cierre de griferías activadas con o sin contacto por parte del usuario, el cual se caracteriza porque comprende una tarjeta electrónica (1) con dos láminas capacitivas (11, 12 o 14) separadas entre sí por un espacio vacío o un material aislante (13, 15), donde dicha tarjeta (1) comprende un sensor (2) y un microcontrolador (3) y está conectada a un sistema de alimentación de energía (4), una o dos electroválvulas (5) que controlan el ingreso de líquido hacia la grifería (6) y un cable conductor (7) que conecta una de las láminas capacitivas (12) a la grifería (6).

En una alternativa de la invención, el dispositivo para apertura/cierre de griferías comprende una tarjeta electrónica (1) con dos láminas capacitivas (11, 12) coplanares, una de mayor área (11) que rodea total o parcialmente una segunda lámina de menor área (12), separadas por un espacio vacío o un material aislante (13). Como se muestra en la Figura 1. En otra alternativa de la presente invención, el dispositivo para apertura/cierre de griferías comprende una tarjeta electrónica (1) con dos láminas capacitivas paralelas, una lámina capacitiva superior (no mostrada en las figuras) y una lámina capacitiva inferior (14) separadas por un material aislante (15). En una modalidad preferida, la presente solicitud se refiere a un dispositivo para apertura/cierre de griferías activadas con o sin contacto por parte del usuario, el cual se caracteriza porque comprende una tarjeta electrónica (1) con tres láminas capacitivas (11, 12, 14) separadas entre sí por un espacio vacío o un material aislante (13, 15).

Aún mejor, la tarjeta electrónica (1) comprende dos láminas capacitivas (11 , 12) coplanares, una de mayor área (11) que rodea total o parcialmente una segunda lámina de menor área (12), separadas por un espacio vacío o un material aislante (13), y una lámina capacitiva inferior (14) que es paralela a las láminas coplanares (11 , 12) y está separada de ellas por un material aislante (15), como se ilustra en la Figura 2. Estas láminas capacitivas (11, 12, 14) ayudan a generar y administrar el campo eléctrico para que el sistema tenga mejor sensibilidad y mayor velocidad de respuesta durante la interacción con el usuario.

En una modalidad preferida de la invención, la lámina coplanar de mayor área (11) tiene entre 15 a 25 milímetros de ancho por 15 a 60 milímetros de largo y la lámina de menor área (12) tiene entre 1 a 15 milímetros de ancho por 1 a 15 milímetros de largo. Mientras, la lámina inferior (14) tiene entre 15 a 25 milímetros de ancho por 15 a 60 milímetros de largo. Cada una de dichas láminas (11, 12, 14) se encuentran inmersas en una resina dieléctrica.

Por su parte, el espacio vacío o un material aislante (13), que separa las láminas coplanares (11 , 12) es de 0,1 a 5 milímetros y el grosor del material aislante (15) que separa las láminas paralelas es de 0,1 a 5 milímetros. Estas separaciones (13, 15) crean un desacople eléctrico entre el sensor (2) y la grifería (6), el cual es esencial para que la salida y cierre de agua sea más rápida. Además, evita que la grifería se active involuntariamente y desperdiciando agua, este método combinado de manejo de láminas capacitivas (en paralelo y coplanares), logra una sensibilidad y un desacople eléctrico ideal para el uso de sensado capacitivo en griferías. Adicional a las láminas capacitivas (11, 12, 14), la tarjeta electrónica (1) comprende un sensor capacitivo (2), conectado a la lámina coplanar de mayor área (11) o a la lámina inferior (14) y al microcontrolador (3). Dicho sensor (2) genera un campo eléctrico variable, que es enviado hacia el cuerpo de la grifería (6) por medio del cable conductor (7), que se conecta a la lámina de menor área (12).

Así las cosas, en la modalidad en que la grifería de activa por contacto (touch), el sensor (2) está conectado a la lámina coplanar de mayor área (11), mientras que en la modalidad sin contacto (touchless), dicho sensor está conectado a la lámina inferior (14). Para establecer la modalidad bajo la cual funcionará la grifería, la tarjeta electrónica (1) cuenta con un selector de configuración para las láminas capacitivas (16), que permite configurar si la activación de la grifería va a ser por contacto (touch) o la sin contacto (touchless).

Ahora bien, adicional al sensor (2), la tarjeta electrónica (1) comprende el microcontrolador (3) que junto a un administrador de energía (17) y un elevador de voltaje (18) regulan el ingreso de energía desde el sistema de alimentación de energía (4), haciendo más eficiente el uso de la misma. En una modalidad preferida de la presente invención, el sistema de alimentación de energía (4) es una batería o una fuente de corriente AC/DC.

Adicionalmente, el microcontrolador (3) junto al sensor capacitivo (2) dirigen la activación y desactivación de las electroválvulas (5) mediante un controlador (19), que hace parte de la tarjeta (1) y que envía la señal de apertura o cierre mediante cables (51), que conecta la tarjeta (1) con las electroválvulas (5).

En una alternativa de la invención, el dispositivo también comprende un sistema de puesta a tierra (8) que, sin necesidad de estar conectado a la red eléctrica del edificio, permite evacuar las corrientes parasitas generadas en el sistema. El dispositivo definido anteriormente genera un campo eléctrico, el cual es enviado al cuerpo (61) de la grifería metálica (6), por medio del sistema de láminas capacitivas (11 , 12, 14) y el cable conductor (7) e identifica dos tipos de alteraciones del campo eléctrico, las cuales se traducen en una detección de presencia y de movimiento del usuario y los objetos cercanos que alteran el campo, con la señal de presencia identifica los elementos del entorno para auto calibrarse y evitar aperturas y cierres errados; con la señal de movimiento identifica el gesto del usuario para permitir o no el paso de agua. Adicionalmente, hace parte de la presente invención una grifería (6) que comprende un cuerpo metálico (61); una terminal metálica (62), que recibe el cable conductor (7) que sale del dispositivo de la presente invención; un sistema de fijación a superficies, conformados por un escudo superior (63) y un escudo inferior de aislamiento eléctrico (64), que aseguran la grifería al mesón (9) y la aíslan eléctricamente de dicho mesón, una arandela de fricción (65) y una tuerca (66); unas mangueras de abasto (52) que conectan la llaves de entrada de agua (10) con la electroválvula (5); unas mangueras de grifería (67), que transportan el agua liberada por la electroválvula (4) hacia el interior del cuerpo metálico (61) para que finalmente salga por el pico de la grifería (6), y el dispositivo para apertura/cierre de griferías definido anteriormente. Los elementos antes mencionados pueden ser observados en la Figura 1, que contiene el esquema de la grifería con el dispositivo de la presente invención. EJEMPLO

Ejemplo 1. Proceso de producción e instalación.

En primer lugar, se montan las partes que conforman la grifería (6). Paralelo, se conecta la batería (4) a la tarjeta (1) y de acuerdo con la modalidad de dicha grifería, es decir, por contacto (touch) o sin contacto (touchless), se conecta el sensor (2) con la lámina coplanar de mayor área (11) o con la lámina inferior (14), respectivamente, y se configura el selector de configuración (16).

Para la instalación, se posiciona la grifería (6) sobre una superficie (9), se conectan las mangueras de abasto al suministro de agua (10) y a las electroválvulas (5), y estas últimas se unen a las mangueras de grifería (67), que ingresan por la parte inferior de la grifería (6) para conducir el agua que será liberada por el pico de la grifería una vez las electroválvulas (5) reciban la señal de la tarjeta (1).

Seguido, se conecta la tarjeta (1) a las electroválvulas (5), mediante los cables (51) y finalmente, la grifería (6) se conecta a través del cable conductor (7) a la lámina de menor área (12) de tarjeta electrónica (1), entonces el sistema está completo.

A partir de este momento, se genera alrededor del cuerpo metálico de la grifería un campo eléctrico variable de baja intensidad, pero con alto grado de sensibilidad a la perturbación que se deriva de la interacción de un ser humano con la grifería.

La perturbación de este campo es gestionada de manera controlada por la tarjeta (1) para así lograr la apertura/cierre de la grifería. Esta interacción puede ser por medio de un toque a la grifería (Touch) o por medio de la proximidad y movimiento alrededor del cuerpo metálico de la grifería (Touchless), dependiendo de la configuración establecida al momento de configurar la tarjeta.

Como se muestra en las figuras 4A y 4B, la apertura/cierre de la grifería puede ser por medio de un toque a la grifería con los dedos de la mano (Touch) o por medio de la proximidad y movimiento de las manos alrededor del cuerpo metálico de la grifería (Touchless). Ejemplo 2. Pruebas de funcionamiento en una grifería de lavaplatos

El dispositivo de la presente invención fue colocado en una grifería para lavaplatos y su funcionamiento fue evaluado y comparado con el comportamiento reportado por la grifería capacitiva para lavaplatos con mejor comportamiento entre las que actualmente se encuentran en el mercado.

Las diferencias en el comportamiento entre la grifería de la presente invención y la grifería existente en el estado de la técnica permitieron establecer que la grifería de la presente invención tiene una menor caída de voltaje por activación [V], pues dicha caída se redujo de 0,14 a 0,07, tuvo la ventaja de no requerir un tiempo de autocalibración y no presentó activaciones involuntarias por limpieza.

Ejemplo 3. Pruebas de funcionamiento en una grifería de lavamanos El dispositivo de la presente invención fue colocado en una grifería para lavamanos instalada en un mesón de acero inoxidable y su funcionamiento fue evaluado y comparado con el comportamiento reportado por la grifería líder entre las griferías que actualmente se encuentran en el mercado.

Las diferencias en el comportamiento entre la grifería de la presente invención y la grifería del estado de la técnica cuando se instalan en un mesón de acero inoxidable permitieron establecer que la grifería de la presente invención tiene un menor consumo de agua y una mayor distancia de sensado, tanto en el rango bajo pico como en el rango lateral. De igual manera, la grifería con el dispositivo de la presente solicitud no requirió de un tiempo de autocalibración después de un evento de máxima capacitancia [s] y su tiempo de autocalibración [s], con base encharcada y utensilios metálicos en contacto con la grifería y mesón fue tan solo de 18 segundos, mientras que la grifería del estado de la técnica presentó problemas de bloqueo que la llevaron a permanecer en el ciclo de autocalibración.

Adicionalmente, la grifería presentó un tiempo de timeout de operación [s] de 20,5, mientras el tiempo reportado por la grifería de del estado de la técnica fue tan solo de 7,7 segundos, y la velocidad de cierre fue mejor que la exhibida por la grifería del estado de la técnica en 0,7 segundos.

Ejemplo 4. Pruebas de funcionamiento en una grifería de lavamanos

El dispositivo de la presente invención fue colocado en una grifería para lavamanos instalada en cerámica y su funcionamiento fue evaluado y comparado con el comportamiento reportado por la grifería del estado de la técnica con mejor comportamiento entre las que actualmente se encuentran en el mercado.

Las diferencias en el comportamiento entre la grifería de la presente invención y la grifería del estado de la técnica cuando se instalan en cerámica permitieron establecer que, al igual que en la instalación en mesones de acero inoxidable, la grifería de la presente invención tiene un menor consumo de agua y una mayor distancia de sensado, tanto en el rango bajo pico como en el rango lateral.

Así mismo, la grifería con el dispositivo de la presente solicitud no requirió de un tiempo de autocalibración después de un evento de máxima capacitancia [s] y su tiempo de autocalibración [s], con base encharcada y utensilios metálicos en contacto con la grifería y mesón fue tan solo de 18 segundos, mientras que la grifería del estado de la técnica reportó un tiempo de 45 segundos, y la grifería de la presente solicitud reportó una velocidad de cierre de 1,45 segundos, mientras que la velocidad mostrada por la grifería del estado de la técnica fue de 2,58 segundos.

Como se puede observar, el dispositivo de la presente solicitud no solo permite mejorar algunos de los parámetros evaluados, los cuales son claves para el correcto funcionamiento de la grifería y para garantizar el menor consumo de agua, sino que tiene la ventaja de poder ser empleado en diferentes tipos de griferías, entre ellas lavaplatos y lavamanos, y en la modalidad de activación por contacto o sin contacto.